一种电流采集电路及装置的制作方法

1.本实用新型涉及信号采集技术领域，尤其涉及一种电流采集电路及装置。


背景技术：

2.在目前的电流测量方案中，通常采用采样电阻串接在测量回路中，以实现对被测回路电流信号的采集。
3.采用采样电阻采集电流的方式，通常会将mcu和测量回路共地以达到电路简单的目的，检测电路与被测回路之间的隔离性较差，并且当采样电阻的阻值过大时，其电阻产生的功耗较大，电阻的温升也会较大，导致阻值偏差较大影响测量精度，而采样电阻较小时，对小信号的采样也较为困难，使得对电流的检测具有局限性。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种电流采集电路及装置，以实现一种隔离性和精度较高的电流检测装置。
5.根据本实用新型的一方面，提供了一种电流采集电路，包括：微处理器、数模转换电路、霍尔传感器和模数转换电路；
6.所述霍尔传感器的检测端设置于被测回路中，所述霍尔传感器的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接；所述霍尔传感器用于检测所述被测回路的电流检测信号，并根据所述电流检测信号输出电压检测信号至所述模数转换电路；
7.所述微处理器的信号检测端与所述模数转换电路的输出端通信连接，所述微处理器的信号接收端与上位机通信连接，所述微处理器的控制信号输出端与所述数模转换电路的输入端通信连接，所述数模转换电路的输出端与所述霍尔传感器的量程设置端电连接。
8.可选的，所述模数转换电路包括：差分输入电路和模数转换芯片；所述霍尔传感器的输出端包括检测信号输出端和基准信号输出端，
9.所述差分输入电路的第一输入端与所述检测信号输出端电连接，所述差分输入电路的第二输入端与所述基准信号输出端电连接；
10.所述差分输入电路的第一输出端与所述模数转换芯片的第一差分信号输入端电连接，所述差分输入电路的第二输出端与所述模数转换芯片的第二差分信号输入端电连接；
11.所述模数转换芯片的输出端与所述微处理器的信号检测端通信连接。
12.可选的，所述差分输入电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、和第三电容；
13.所述第一电阻电连接于所述霍尔电流传感器的检测信号输出端与所述模数转换芯片的第一差分信号输入端之间；
14.所述第二电阻电连接于所述霍尔电流传感器的基准信号输出端与所述模数转换芯片的第二差分信号输入端之间；
15.所述第一差分信号输入端通过所述第一电容接地，所述第二差分信号输入端通过所述第二电容接地，所述第一差分信号输入端和所述第二差分信号输入端还通过所述第三电容电连接。
16.可选的，所述微处理器包括模数转换控制端；
17.所述模数转换控制端与所述模数转换芯片的控制端通信连接。
18.可选的，所述电流采集电路还包括：通讯模块；
19.所述微处理器通过所述通讯模块与所述上位机通信连接。
20.可选的，所述电流采集电路还包括：开关电路；
21.所述开关电路的输入端与所述霍尔传感器的检测端电连接，所述开关电路的输出端与负载电连接，所述开关电路的控制端接收开关控制信号。
22.可选的，所述微处理器包括第一开关控制端；
23.所述第一开关控制端与所述开关电路的控制端电连接。
24.可选的，所述霍尔传感器包括第二开关控制端；
25.所述第二开关控制端与所述开关电路的控制端电连接。
26.可选的，所述电流采集电路还包括：显示器；
27.所述显示器与所述微处理器的输出端通信连接；所述显示器用于实时显示所述电流检测信号。
28.根据本实用新型的另一方面，提供了一种电流采集装置，其特征在于，包括上述的电流采集电路。
29.本实用新型实施例提供的电流检测电路通过霍尔传感器获取被测回路中的电流信号，相较于采用小阻值、大功率的采样电阻获取被测回路中电流信号的设置方式，能够实现对被测回路中电流信号的隔离检测，且量程范围较宽，并且不存在由于采样电阻造成的大功耗和高温升的问题，测量精度相对较高，还设置了兼具信号放大和模数转换功能的模数转换电路能够将接收的电压信号进行放大和模数转换处理，使其成为能够被微处理器识别的数字量的电压信号，从而微处理器能够根据数字量的电压信号确定被测回路中的电流信号，实现了对被测回路中的电流信号的检测，另外还可以通过上位机与微处理器之间的通信间接的设置霍尔传感器的量程，微处理器对量程设置信号进行计算处理后通过数模转换电路实现发送至霍尔传感器，从而实现了对霍尔传感器电流检测量程的设置，电路原理简单易于实现，且精度较高，能够实现对被测回路中电流信号的有效检测。
30.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本实用新型实施例提供的一种电流采集电路的结构示意图；
33.图2是本实用新型实施例提供的另一种电流采集电路的结构示意图；
34.图3是本实用新型实施例提供的又一种电流采集电路的结构示意图；
35.图4是本实用新型实施例提供的又一种电流采集电路的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
37.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.图1为本实用新型实施例提供的一种电流采集电路的结构示意图，如图1所示，该电流采集电路：霍尔传感器10、模数转换电路20、微处理器30和数模转换电路40；霍尔传感器10的检测端(ip+和ip-)设置于被测回路00中，霍尔传感器10的输出端与模数转换电路20的输入端ch电连接；霍尔传感器10用于检测被测回路00的电流检测信号，并根据电流检测信号输出电压检测信号至模数转换电路20；微处理器30的信号检测端in1与模数转换电路20的输出端do通信连接，微处理器30的信号接收端in2与上位机通信连接，微处理器30的控制信号输出端co1与数模转换电路40的输入端in3通信连接，数模转换电路40的输出端a0与霍尔传感器10的量程设置端voc电连接。
39.具体的，为了便于理解，可以将被测回路00设置为仅包括电源e0和负载rl的较为简单的回路，即电源e0、负载rl和接地端gnd依次电连接，霍尔传感器10的检测端包括ip+和ip-，在检测被测回路00中的电流信号时，可以将检测端ip+和ip-依次设置于被测回路00中的电源与负载rl之间，则被测回路00中的电流从电源e0依次流经霍尔传感器10的检测端ip+、检测端ip-和负载rl至接地端gnd，当被测回路00中的电流流经霍尔传感器10中的霍尔元件时，以及当有磁场穿过该霍尔元件的感磁面时，其输出端会输出霍尔电势，从而实现了对被测回路00中电流信号的绝缘隔离检测，即霍尔传感器10能够将被测回路00中的电流检测信号转换成电压检测信号，并通过输出端将该电压检测信号输出至模数转换电路20，模数转换电路20能够对接收的电压检测信号进行放大和模数转换的处理，使该电压检测信号转换为能够被微处理器30识别的数字量的电压信号后发送至微处理器30的信号检测端in1，从而微处理器30能够根据该数字量的电压检测信号确定被测回路00当前的电流，从而能够实现对被测回路00电流信号的检测；另外，微处理器30还可以通过信号接收端in2接收由上位机01发送的量程设置信号，对该量程设置信号进行计算处理后通过控制信号输出端co1发送至数模转换电路40，数模转换电路40将该量程设置信号进行数模转换处理，将模拟量
的量程设置信号输出至霍尔传感器10的量程设置端voc，从而霍尔传感器10能够根据该模拟量的量程设置信号确定允许的最大电流检测值。
40.本实用新型实施例提供的电流检测电路通过霍尔传感器获取被测回路中的电流信号，相较于采用小阻值、大功率的采样电阻获取被测回路中电流信号的设置方式，能够实现对被测回路中电流信号的隔离检测，且量程范围较宽，并且不存在由于采样电阻造成的大功耗和高温升的问题，测量精度相对较高，还设置了兼具信号放大和模数转换功能的模数转换电路能够将接收的电压信号进行放大和模数转换处理，使其成为能够被微处理器识别的数字量的电压信号，从而微处理器能够根据数字量的电压信号确定被测回路中的电流信号，实现了对被测回路中的电流信号的检测，另外还可以通过上位机与微处理器之间的通信间接的设置霍尔传感器的量程，微处理器对量程设置信号进行计算处理后通过数模转换电路实现发送至霍尔传感器，从而实现了对霍尔传感器电流检测量程的设置，电路原理简单易于实现，且精度较高，能够实现对被测回路中电流信号的有效检测。
41.可选的，图2是本实用新型实施例提供的另一种电流采集电路的结构示意图，如图2所示，模数转换电路20包括：差分输入电路21和模数转换芯片u1；霍尔传感器10的输出端包括检测信号输出端viout和基准信号输出端vzcr，差分输入电路21的第一输入端与检测信号输出端viout电连接，差分输入电路21的第二输入端与基准信号输出端vzcr电连接；差分输入电路21的第一输出端与模数转换芯片u1的第一差分信号输入端ch0电连接，差分输入电路21的第二输出端与模数转换芯片u1的第二差分信号输入端ch1电连接；模数转换芯片u1的输出端与微处理器30的信号检测端in1通信连接。
42.具体的，模数转换芯片u1可以集成有差分放大模块和模数转换模块，因此可以设置差分输入电路21用于向差分放大模块提供差分信号，即可以将霍尔传感器10通过检测信号输出端viout输出的电压检测信号和通过基准信号输出端vzcr输出的基准信号作为一组差分信号，通过差分输入电路21提供至模拟转换芯片u1的差分放大模块，差分放大模块根据接收的电压检测信号和基准信号将电压检测信号进行差分放大，再通过模数转换模块对差分放大后的电压检测信号进行模数转换，输出微处理器可以识别的数字量的电压检测信号。
43.可选的，参考图2，差分输入电路21包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、和第三电容c3；第一电阻r1电连接于霍尔电流传感器10的检测信号输出端viout与模数转换芯片u1的第一差分信号输入端ch0之间；第二电阻r2电连接于霍尔电流传感器10的基准信号输出端vzcr与模数转换芯片u1的第二差分信号输入端ch1之间；第一差分信号输入端ch0通过第一电容c1接地，第二差分信号输入端ch1通过第二电容c2接地，第一差分信号输入端ch0和第二差分信号输入端ch1还通过第三电容c3电连接。
44.具体的，第一电阻r1和第二电阻r2用于分压，即电压检测信号经过第一电阻r1的分压后传输至模数转换芯片u1的第一差分信号输入端ch0，基准信号经过第二电阻r2的分压后传输至模数转换芯片u1的第二差分信号输入端ch1，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3均用于滤波，即对提供至模数转换芯片u1的电压检测信号和基准信号进行滤波。其中，第一电阻r1和第二电阻r2的阻值以及第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3的容值可以根据设计需求自行设置，例如可以设置第一电阻r1和第二电阻r2的阻值均为1kω，设置第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3的容值均为1nf。
45.可选的，图3是本实用新型实施例提供的又一种电流采集电路的结构示意图，如图3所示，微处理器10还包括模数转换控制端co2，且该模数转换控制端co2与模数转换芯片u1的控制端cin通信连接。
46.具体的，微处理器10还可以控制模数转换芯片20中差分放大模块的放大倍数，即微处理器10可通过模数转换控制端co2向模数转换芯片u1的控制端cin发送倍数调节信号，从而模数转换芯片u1中的差分放大模块可以倍数调节信号调整放大倍数。
47.可选的，参考图3，电流采集电路还包括通讯模块60；微处理器10通过通讯模块60与上位机50通信连接。
48.具体的，通讯模块60可以为usb转换器，能够将微处理器10的串行通信接收转换为usb接口实现与上位机50的通信。
49.可选的，继续参考图3，电流采集电路还包括开关电路70，开关电路70的输入端与霍尔传感器10的检测端电连接，开关电路70的输出端与负载rl电连接，开关电路70的控制端接收开关控制信号。
50.具体的，开关电路70的输入端具体可以与霍尔传感器10靠近负载rl的检测端ip-电连接，且开关电路70的输出端电连接于负载rl远离接地端gnd的一端，还开关电路70能够根据其控制端接收的开关控制信号导通或断开，当开关电路70处于导通状态时，被测回路00中的电流从电源e0依次流经霍尔传感器10的检测端ip+、检测端ip-、开关电路和负载rl至接地端gnd，当开关电路70处于断开状态时，被测回路00断路，没有电流信号，可以在霍尔传感器获取的检测电流超过量程范围时，控制开关电路70及时断开，以起到保护作用。
51.示例性的，开关电路70可以包括晶体管q1，晶体管q1优选为igbt，并且可以根据设计需求设置igbt晶体管为n型igbt或p型igbt，本实用新型实施例对此不作具体限定，图中仅示例性的示出了igbt晶体管为n型的情况，如图3所示，当开关电路70包括n型igbt晶体管时，该igbt晶体管的漏极与霍尔传感器10的检测端ip-电连接，源极与负载rl电连接。
52.可选的，继续参考图3，微处理器10包括第一开关控制端co3；第一开关控制端co3与开关电路70的控制端电连接。
53.具体的，微处理器10可以根据上位机50的量程设置信号确定霍尔传感器10的最大检测电流，即霍尔传感器10的检测量程的最大值，将实时获取的电流检测信号与最大检测电流进行比较，当电流检测信号大于最大检测电流时，通过第一开关控制端co3向开关电路70的控制端发送使其断开的开关控制信号，以避免被测回路00中电流过大损坏霍尔传感器10，而当电流检测信号不超过霍尔传感器10的检测量程的最大值时，通过第一开关控制端co3向开关电路70的控制端发送使其导通的开关控制信号，使被测回路00形成电流通路。
54.可选的，图4是本实用新型实施例提供的又一种电流采集电路的结构示意图，如图4所示，霍尔传感器10包括第二开关控制端fault；第二开关控制端fault与开关电路70的控制端电连接。
55.具体的，还可以设置霍尔传感器10控制开关电路70的导通或断开，此时霍尔传感器10可以内置比较模块，用于将获取的电流检测信号与其量程范围的最大值进行比较，同样的，当电流检测信号大于量程范围的最大值时，霍尔传感器10通过第二开关控制端fault向开关电路70的控制端发送使其断开的开关控制信号，以避免被测回路00中电流过大损坏霍尔传感器10的内置元器件，而当电流检测信号不超过量程范围的最大值时，通过第二开
关控制端fault向开关电路70的控制端发送使其导通的开关控制信号，使被测回路00形成电流通路，以实现对被测回路00形中电流的实时获取；相较于上述通过微处理器10控制开关电路70的情况，器不必经过模数转换电路的传输，具有更高的反应速度，能够更有效的保护电路。
56.可选的，参考图3或图4，电流采集电路还包括显示器80，显示器80与微处理器10的输出端io通信连接；显示器80用于实时显示电流检测信号。
57.具体的，显示器80可以为oled显示屏，微处理器10在根据检测端in1接收的数字量的电压检测信号确定被测回路00中的电流检测信号后，还通过其输出端io将电流检测信号发送送至显示器80，以使得显示器80能够实时显示被测回路00中的检测电流。
58.本实用新型实施例提供的电流采集电路，能够对被测回路中的电流进行精度较高的检测，且检测量程较为宽泛，适用范围较广，并且设置了开关电路，能够在检测电流较大时及时断开被测回路中的电流通路，实现了对电路器件侧保护。
59.基于同一发明构思，本实用新型实施例还提供了一种电流采集装置，该电流采集装置包括本实用新型任一实施例提供的电流采集电路，因此本实用新型实施例提供的电流采集装置包括本实用新型任一实施例提供的电流采集电路的技术特征，能够达到本实用新型任一实施例提供的电流采集电路的有益效果，相同之处可参照上述对本实用新型实施例提供的电流采集电路的描述，在此不再赘述。
60.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。